JP4865281B2 - Method for producing active material for non-aqueous electrolyte battery - Google Patents

Method for producing active material for non-aqueous electrolyte battery Download PDF

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Description

本発明は、非水電解質電池用の活物質の新規な製造方法に関する。   The present invention relates to a novel method for producing an active material for a non-aqueous electrolyte battery.

非水電解質二次電池の代表として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、小型軽量化が可能である。リチウムイオン二次電池は、一般的に以下のような構造をしている。   A typical example of the non-aqueous electrolyte secondary battery is a lithium ion secondary battery. Lithium ion secondary batteries have high energy density and can be reduced in size and weight. A lithium ion secondary battery generally has the following structure.

即ち、リチウムイオン二次電池は、集電体に活物質が塗着された正極板と、集電体に活物質が塗着された負極板とが、絶縁膜となるセパレータを介して渦巻き状に巻かれた極板群を有しており、当該極板群を非水電解質とともに外装内に封入された構成を有している。
前記セパレータとしては、非水電解質に不溶なものとして、例えば、ポリエチレン樹脂もしくはポリプロピレン樹脂製の微多孔膜、またはポリエチレンオキサイド、ポリビニリデンフルオライドもしくはポリアクリレート製のポリマー膜が用いられている。
In other words, a lithium ion secondary battery has a positive electrode plate in which an active material is applied to a current collector and a negative electrode plate in which an active material is applied to a current collector in a spiral shape through a separator serving as an insulating film. And the electrode plate group is enclosed in an exterior together with a non-aqueous electrolyte.
As the separator, for example, a microporous film made of polyethylene resin or polypropylene resin, or a polymer film made of polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, or polyacrylate is used as one that is insoluble in the nonaqueous electrolyte.

非水電解質としては、ポリマーゲル電解質や非水電解液がある。ポリマーゲル電解質は、非水電解液を含んだ高分子ポリマー電解質である。非水電解液は、非水溶媒にリチウム塩からなる溶質が溶解されている。溶質としては、例えば六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)などがあり、非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネートおよびジメチルカーボネートなどがある。
正極活物質には、コバルト酸リチウム(LiCoO2)などのリチウム含有遷移金属酸化物が用いられている。負極活物質には、リチウムイオンを吸蔵したり放出したりできる材料として、例えば、グラファイトなどの炭素材料が用いられている。
Nonaqueous electrolytes include polymer gel electrolytes and nonaqueous electrolytes. The polymer gel electrolyte is a polymer electrolyte containing a non-aqueous electrolyte. In the non-aqueous electrolyte, a solute composed of a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent. Examples of the solute include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), and examples of the nonaqueous solvent include ethylene carbonate and dimethyl carbonate.
As the positive electrode active material, a lithium-containing transition metal oxide such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) is used. For the negative electrode active material, for example, a carbon material such as graphite is used as a material capable of inserting and extracting lithium ions.

上記の正極活物質としては、いろいろな材料が過去に検討されてきたが、市場ではコバルト酸リチウム、または当該コバルト酸リチウムのコバルトの一部を他元素で置換したもの、が利用されている。これらの材料は、特にLiが抜けた充電状態において高温下で酸素を放出し、この酸素放出によって非水電解質が酸化され、電池の温度が異常に上昇して発火や破裂を生じることがあるが、通常、このような異常な温度上昇が起こらないように、リチウムイオン二次電池にはさまざまな制御機能が備え付けられている。   As the positive electrode active material, various materials have been studied in the past, but in the market, lithium cobaltate or a material obtained by substituting a part of cobalt of the lithium cobaltate with another element is used. These materials release oxygen at a high temperature, particularly in a charged state from which Li is removed, and this release of oxygen can oxidize the nonaqueous electrolyte, causing the battery temperature to rise abnormally, resulting in ignition and rupture. Usually, various control functions are provided in the lithium ion secondary battery so that such an abnormal temperature rise does not occur.

高温下において酸素を放出しない安全な正極活物質として、オリビン構造を有した化合物(LiFePO4)が近年注目されている。また、さらに高い容量を有する正極活物質として、Li2CoPO4Fなどの正極活物質も提案されている(例えば特許文献1)。
特開平2003−229126号公報
In recent years, a compound having an olivine structure (LiFePO 4 ) has attracted attention as a safe positive electrode active material that does not release oxygen at high temperatures. Further, as a positive electrode active material having a higher capacity, a positive electrode active material such as Li 2 CoPO 4 F has also been proposed (for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-229126

Li2CoPO4Fを含む式:Li2MePO4F(式中、Meは2価の遷移金属を少なくとも含む1種以上の元素)は、LiMePO4などのオリビン型構造とは異なる構造を有するものであり、かつ活物質材料1モルあたり2モルのリチウムを有しているため、最大2モル分のリチウムを充放電に寄与させ得る可能性があり、高エネルギー密度を期待することができる。 Formula containing Li 2 CoPO 4 F: Li 2 MePO 4 F ( where, Me is at least one element comprises at least a divalent transition metal) are those having a structure that is different from the olivine structure such as LiMePO 4 In addition, since 2 moles of lithium per mole of the active material is included, there is a possibility that a maximum of 2 moles of lithium can contribute to charge and discharge, and a high energy density can be expected.

しかしながら、特許文献1では、所望する正極活物質の原料を白金管に入れ、当該白金管を石英管で真空封入し、780℃で24時間焼成することによって、正極活物質を製造する方法が採用されており、この方法では特にMeの部位にFeやMnを用いたLi2MePO4Fを合成しにくく、かつ当該正極活物質を電池に適用した場合には充放電容量などの特性が不十分であるという問題があった。 However, Patent Document 1 adopts a method of manufacturing a positive electrode active material by putting a raw material of a desired positive electrode active material in a platinum tube, vacuum-sealing the platinum tube with a quartz tube, and firing at 780 ° C. for 24 hours. In particular, this method makes it difficult to synthesize Li 2 MePO 4 F using Fe or Mn at the Me site, and characteristics such as charge / discharge capacity are insufficient when the positive electrode active material is applied to a battery. There was a problem of being.

そこで、本発明は、上記したような従来の問題を解決し、電池に適用した場合に十分な充放電容量などの特性を発揮し得るLi2MePO4Fを含む材料からなる活物質を、特にMeの部位にFeやMnを用い場合であっても、容易に製造することのできる正極活物質の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the conventional problems as described above, and particularly an active material made of a material containing Li 2 MePO 4 F that can exhibit characteristics such as sufficient charge / discharge capacity when applied to a battery, An object of the present invention is to provide a method for producing a positive electrode active material that can be easily produced even when Fe or Mn is used in the site of Me.

上記の課題を解決すべく、本発明は、
式:Li2MePO4F(式中、MeはFe、Co、MnおよびNiからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属元素)で表される材料の原料を混合し、得られた混合物を溶融することによって、前記式で表される材料を含む非水電解質用活物質を得ること、を特徴とする非水電解質電池用活物質の製造方法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A mixture obtained by mixing raw materials of a material represented by the formula: Li 2 MePO 4 F (wherein Me is at least one transition metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Mn and Ni) A method for producing an active material for a non-aqueous electrolyte battery, comprising obtaining a non-aqueous electrolyte active material containing a material represented by the above formula by melting

ここで、上記製造方法においては、前記混合物を1000℃/h以上で昇温させることによって溶融する。
また、本発明によって得られる式:Li2MePO4F(式中、MeはFe、Co、MnおよびNiからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属元素)で表される材料は、非晶質であるのが好ましい。
Here, in the above manufacturing method, it melted by allowing the mixture to warm at 1000 ° C. / h or higher.
Further, the material represented by the formula obtained by the present invention: Li2MePO4F (wherein Me is at least one transition metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Mn and Ni) is amorphous. Is preferred.

上記のような本発明の製造方法によれば、電池に適用した場合に十分な充放電容量などの特性を発揮し得るLi2MePO4Fを含む活物質を、特にMeの部位にFeやMnを用い場合であっても、容易に製造することができる。
本発明によれば、例えばLi2CoPO4FやLi2NiPO4Fはもちろん、原料の低反応性のために合成が難しかったLi2FePO4FやLi2MnPO4Fで表される材料も短時間で容易に製造することができる。
According to the manufacturing method of the present invention as described above, an active material containing Li 2 MePO 4 F capable of exhibiting characteristics such as sufficient charge / discharge capacity when applied to a battery, particularly Fe or Mn in the Me site. Even if it is a case, it can manufacture easily.
According to the present invention, for example, Li 2 CoPO 4 F and Li 2 NiPO 4 F, as well as materials represented by Li 2 FePO 4 F and Li 2 MnPO 4 F, which are difficult to synthesize due to low reactivity of the raw materials, are also available. It can be easily manufactured in a short time.

本発明は、式:Li2MePO4F(式中、MeはFe、Co、MnおよびNiからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属元素)で表される材料を含む非水電解質電池用活物質の製造方法に関し、前記材料の原料を混合し、得られた混合物を溶融して一度溶融状態にする工程を含むことを特徴とする。 The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery comprising a material represented by the formula: Li 2 MePO 4 F (wherein Me is at least one transition metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Mn and Ni). The present invention relates to a method for producing an active material, comprising the steps of mixing raw materials of the materials and melting the obtained mixture to make it into a molten state once.

このように一度溶融状態にすることで、原料が通常の固相反応よりもはるかに均一に反応し、目的物質であるLi2MePO4Fの合成反応が起こり易くなる。また、従来のような方法では、焼成時間に24時間もの時間を要していたが、本発明によれば、一度溶融状態にする工程を入れることによって短時間で製造することが可能である。 Thus, once in a molten state, the raw material reacts much more uniformly than a normal solid phase reaction, and a synthesis reaction of Li 2 MePO 4 F, which is a target substance, easily occurs. Further, in the conventional method, as much as 24 hours are required for the firing time, but according to the present invention, it is possible to manufacture in a short time by including a step of once melting.

本発明の好ましい実施の形態において、原料混合物を溶融させる際の温度は、すべての原料の融点以上であれば問題ないが、原料同士の組み合わせによっては各原料の融点より低い温度で混合物が溶融する場合もあり得る。要は溶融すれば良いわけであり、溶融していれば各原料の融点以下でも問題はない。ただし、確実に溶融させるための目安として、すべての原料の融点以上の温度で溶融するのが好ましい。   In a preferred embodiment of the present invention, the temperature at which the raw material mixture is melted is not a problem as long as it is equal to or higher than the melting point of all raw materials, but depending on the combination of raw materials, the mixture melts at a temperature lower than the melting point of each raw material. There may be cases. In short, it is only necessary to melt, and if it is melted, there is no problem even if it is below the melting point of each raw material. However, it is preferable to melt at a temperature equal to or higher than the melting point of all raw materials as a guide for reliably melting.

原料混合物を一度溶融状態にした溶融混合物を冷却する方法としては、特に制限はないが、例えば急冷および徐冷(自然冷却を含む)のいずれを用いることもでき、それぞれの場合において特徴ある材料を製造することができる。   There is no particular limitation on the method for cooling the molten mixture once the raw material mixture has been melted. For example, either rapid cooling or slow cooling (including natural cooling) can be used. Can be manufactured.

例えば、急冷の場合には、条件によっては完全な非晶質状態の材料を製造することができる。非晶質状態の材料は、正確には微結晶の集合体であると考えられるが、非常に細かい結晶の集まりであるため、正極活物質として電池を組んだ場合には、優れたレート特性を得ることができるという効果がある。   For example, in the case of rapid cooling, a completely amorphous material can be produced depending on conditions. The material in the amorphous state is considered to be an aggregate of microcrystals, but it is a collection of very fine crystals. Therefore, when a battery is assembled as a positive electrode active material, excellent rate characteristics are obtained. There is an effect that can be obtained.

一方、徐冷の場合には、冷却温度にもよるが、結晶質状態または結晶質状態と非晶質状態との混合状態の材料を製造することができる。特に、従来の方法では製造が困難であった結晶質のLi2FePO4Fを得ることができる。 On the other hand, in the case of slow cooling, although depending on the cooling temperature, a material in a crystalline state or a mixed state of a crystalline state and an amorphous state can be produced. In particular, it is possible to obtain crystalline Li 2 FePO 4 F, which is difficult to manufacture by the conventional method.

ただし、上記のような非晶質状態と結晶質状態との混合状態の材料の組成比は、Li2MePO4FにおけるMeの種類によって変わるため、非晶質状態と、結晶質状態または結晶質状態と非晶質状態との混合状態と、を画一的に区別することは困難であるが、当業者であれば冷却速度等を適宜変更することによってある程度制御することも可能である。 However, since the composition ratio of the material in the mixed state of the amorphous state and the crystalline state as described above varies depending on the type of Me in Li 2 MePO 4 F, the amorphous state, the crystalline state, or the crystalline state Although it is difficult to uniformly distinguish between the mixed state of the state and the amorphous state, those skilled in the art can control to some extent by appropriately changing the cooling rate and the like.

上記溶融混合物を冷却する具体的な方法については、いろいろな方法が考えられる。上記溶融混合物を炉の温度プログラムなどで急速にまたは徐々に冷却してもよく、炉の中から溶融混合物を大気中に取り出して急冷または徐冷したり、液体窒素中などに投下してもよい。また溶融急冷装置などを用いて、溶融混合物をアルゴンガス等で押し出して、回転する銅のローラーに当てることで、冷却してもよい。この場合、銅のローラーの回転数によって冷却速度を変化させることができる。   Various methods are conceivable as specific methods for cooling the molten mixture. The above molten mixture may be rapidly or gradually cooled by a furnace temperature program, etc., and the molten mixture may be taken out from the furnace and rapidly cooled or gradually cooled, or dropped into liquid nitrogen or the like. . Alternatively, the molten mixture may be cooled by extruding it with argon gas or the like and applying it to a rotating copper roller using a melt quenching device or the like. In this case, the cooling rate can be changed depending on the number of rotations of the copper roller.

原料混合物を溶融状態にする工程での昇温速度は、速いほうがより好ましい。原料混合物を急速に溶融して得られた溶融混合物を冷却すると、結晶質状態または結晶質状態と非晶質状態との混合状態を有し、容量の大きな材料(特にLi2FePO4F)を製造することができる。 It is more preferable that the heating rate in the step of bringing the raw material mixture into a molten state is faster. When the molten mixture obtained by rapidly melting the raw material mixture is cooled, a material having a large capacity (particularly Li 2 FePO 4 F) having a crystalline state or a mixed state of a crystalline state and an amorphous state is obtained. Can be manufactured.

急速に昇温させる工程での昇温速度は、1000℃/h以上である。そうすることで、低い温度での原料混合物中における副反応を抑制することができ、所望する組成を実現する反応および合成をより起こし易くすることができる。 Heating rate in the step of rapidly heated, the Ru der 1000 ° C. / h or higher. By doing so, the side reaction in the raw material mixture at a low temperature can be suppressed, and the reaction and synthesis for realizing a desired composition can be more easily caused.

溶融させる温度を1000℃/h以上で上昇させるために用いる装置としては、いろいろな装置を使用することができる。例えば、コイルによる誘導加熱方式を有する装置、赤外照射により急速に温度上昇させる装置、および急速に電流を流すことで発熱体の温度を急上昇させる装置などが挙げられる。また、あらかじめ設定温度にした炉の中に、直接原料混合物を入れて、急速に温度を上昇させる方法を用いることもできる。   Various apparatuses can be used as an apparatus used for increasing the melting temperature at 1000 ° C./h or more. For example, a device having an induction heating method using a coil, a device that rapidly raises the temperature by infrared irradiation, and a device that rapidly raises the temperature of the heating element by causing a current to flow rapidly. Alternatively, a method of rapidly raising the temperature by directly putting the raw material mixture in a furnace set at a preset temperature can be used.

本発明の非水電解質電池用物質の製造方法における出発物質、すなわち式:Li2MePO4F(式中、MeはFe、Co、MnおよびNiからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属元素)で表される材料の原料を選定する方法としては、大きく2種類に分類される。 The starting material in the method for producing a nonaqueous electrolyte battery material of the present invention, that is, the formula: Li 2 MePO 4 F (wherein Me is at least one transition metal selected from the group consisting of Fe, Co, Mn and Ni) There are roughly two types of methods for selecting the raw material of the material represented by (element).

第一は、あらかじめ合成されたオリビン構造を有するLiMePO4(MeはFe、Co、MnおよびNiからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属元素)と、LiFやMeのフッ化物(例えば、CoF2、CoF3、FeF2、FeF3、MnF2、MnF3、NiF2、NiF3)などのフッ素化合物との組合せを原料として用いる方法である。
この場合、副反応が起こりにくいという利点があるが、場合によっては合成を二段階で行うことが必要がある点で煩雑である。
The first is LiMePO 4 having a previously synthesized olivine structure (Me is at least one transition metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Mn, and Ni) and a fluoride of LiF or Me (for example, In this method, a combination with a fluorine compound such as CoF 2 , CoF 3 , FeF 2 , FeF 3 , MnF 2 , MnF 3 , NiF 2 , NiF 3 ) is used as a raw material.
In this case, there is an advantage that a side reaction hardly occurs, but in some cases, it is complicated in that the synthesis needs to be performed in two stages.

第二は、オリビン構造を有する化合物を作るために用いる素原料の組合せを用いる方法である。具体的には、リチウム源、Me源およびリン源を必要とする。リチウム源としては、例えば炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、酸化リチウムおよびフッ化リチウムリン酸リチウムなどの種々のリチウム塩を使用することができる。   The second is a method using a combination of raw materials used to make a compound having an olivine structure. Specifically, a lithium source, a Me source, and a phosphorus source are required. As the lithium source, for example, various lithium salts such as lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium oxide, and lithium fluoride lithium phosphate can be used.

Me源としては、例えばシュウ酸塩、酢酸塩、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、酸化物およびリン酸塩などを使用することができ、さらには、Me元素の粉末そのものを燃使用することもできる。リン源としては、例えばリン酸水素2アンモニウム、リン酸2水素アンモニウム、リン酸アンモニウム、5酸化2リン、リン酸リチウム、およびMeのリン酸塩などを使用することができる。
この場合、副反応が起こり易い反面、合成を一段階で行うことができるという利点がある。
As the Me source, for example, oxalate, acetate, carbonate, hydroxide, nitrate, oxide and phosphate can be used, and further, Me element powder itself can be used as a fuel. it can. As the phosphorus source, for example, diammonium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, ammonium phosphate, phosphorous pentoxide, lithium phosphate, and Me phosphate can be used.
In this case, side reactions are likely to occur, but there is an advantage that the synthesis can be performed in one step.

本発明の非水電解質電池用活物質の製造方法を用いて製造した活物質は、非水電解質電池(例えばリチウム電池)の正極活物質として好適に用いることができる。
リチウム電池は、正極、負極、これらを隔てる絶縁層および電解質を含む。電解質はイオンを移動させる媒体であり、非水電解液(ゲルポリマー電解質なども含む)やリチウムイオン伝導性固体電解質などを使用することができる。
The active material produced by using the method for producing an active material for a nonaqueous electrolyte battery of the present invention can be suitably used as a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte battery (for example, a lithium battery).
The lithium battery includes a positive electrode, a negative electrode, an insulating layer that separates them, and an electrolyte. The electrolyte is a medium that moves ions, and a nonaqueous electrolytic solution (including a gel polymer electrolyte) or a lithium ion conductive solid electrolyte can be used.

電解質に非水電解液を用いた場合は、非水溶媒に支持電解質塩となる溶質を溶解して用いる。
溶質としては、一般的に用いられているアルカリ金属塩の少なくとも1種を用いればよい。例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、NaPF6、およびNaBF4などの含フッ素無機アニオン塩、ならびにLiN(CF3SO22、LiN(C25SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)およびLiN(CF3SO22などリチウムイミド塩などが好ましい。
When a non-aqueous electrolyte is used as the electrolyte, a solute that becomes a supporting electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent.
As the solute, at least one kind of commonly used alkali metal salts may be used. For example, fluorine-containing inorganic anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , NaPF 6 , and NaBF 4 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN Lithium imide salts such as (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 are preferred.

非水溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートおよびビニレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびメチルエチルカーボネートなどの非環状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンおよびδ−バレロラクトンなどのラクトン類およびその誘導体、テトラヒドロフランおよび2−メチルテトラヒドロフランなどのフラン類およびその誘導体、1,2−ジメトキシエタンおよび1,2−ジエトキシエタンなどのエーテルおよびその誘導体、ジグライム、トリグライムおよびテトラグライムなどのグライムおよびその誘導体、N,N−ジメチルホルムアミドおよびN−メチルピロリジノンなどのアミド、エチレングリコールおよびプロピレングリコールなどのアルコール、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチルおよびプロピオン酸エチルなどのエステル、リン酸またはリン酸エステル、ジメチルスルホキシド、スルホランおよびその誘導体、ジオキソランおよびその誘導体などが挙げられる。   Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate, acyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone and δ. Lactones and derivatives thereof such as valerolactone, furans and derivatives thereof such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, ethers and derivatives thereof such as 1,2-dimethoxyethane and 1,2-diethoxyethane, diglyme, triglyme and Glyme such as tetraglyme and its derivatives, amides such as N, N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidinone, ethylene glycol And alcohols such as propylene glycol, methyl acetate, ethyl acetate, esters such as methyl propionate and ethyl propionate, phosphoric acid or phosphoric acid esters, dimethyl sulfoxide, sulfolane and its derivatives, such as dioxolane and derivatives thereof.

上記非水電解液は、これらの非水溶媒を少なくとも1種含んでいることが好ましい。さらに、上記非水電解液には、一般的に用いられている添加剤を添加してもよい。
電解質に固体電解質を使用する場合は、リチウムイオン伝導性無機固体電解質やリチウムイオン伝導性固体高分子電解質などを正極中、負極中、絶縁層に含有させればよい。この場合、有機電解液を含まないので、漏液の心配がなく、より安全であることが特徴である。
The non-aqueous electrolyte solution preferably contains at least one of these non-aqueous solvents. Furthermore, you may add the additive generally used to the said non-aqueous electrolyte.
When a solid electrolyte is used as the electrolyte, a lithium ion conductive inorganic solid electrolyte or a lithium ion conductive solid polymer electrolyte may be contained in the insulating layer in the positive electrode, the negative electrode, or the like. In this case, since it does not contain an organic electrolyte, there is no worry of leakage and it is safer.

絶縁層となるセパレータを構成する材料は特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエチレンオキサイド、ポリビニリデンフルオライドおよびポリアクリレートなどが挙げられる。また、機械的強度を向上させるためにフィラーを添加してもよい。   Although the material which comprises the separator used as an insulating layer is not specifically limited, For example, polyethylene, a polypropylene, a polyimide, a polyethylene oxide, a polyvinylidene fluoride, a polyacrylate etc. are mentioned. Further, a filler may be added to improve the mechanical strength.

具体的なセパレータの例としては、例えばポリエチレンまたはポリプロピレン製の微多孔膜、ポリイミドを含有して耐熱性を向上させた多孔膜、またはアルミナ、シリカ、チタニアの微粒子を含有させた膜を用いて、機械的強度を向上させたものなどが使われる。   Specific examples of the separator include, for example, a microporous film made of polyethylene or polypropylene, a porous film containing polyimide to improve heat resistance, or a film containing fine particles of alumina, silica, and titania. Those with improved mechanical strength are used.

また、本発明においては、絶縁層に電解液を含有して保持する高分子ポリマーを使用し、いわゆるポリマーゲル電解質と呼ばれるタイプにすることもできる。さらに前記セパレータを含み、モノマー溶液と各種非水電解液とを混合し、重合させ、ゲルポリマー電解質を得る方法もある。これらゲルポリマータイプは、漏液の心配がないという特徴がある。   In the present invention, a polymer polymer that contains and holds an electrolytic solution in the insulating layer may be used, and a so-called polymer gel electrolyte may be used. There is also a method of obtaining a gel polymer electrolyte by further mixing the monomer solution and various non-aqueous electrolytes and polymerizing them, including the separator. These gel polymer types have a feature that there is no worry of leakage.

負極活物質は、特に限定されないが、例えば(1)非晶質炭素材、人造黒鉛および天然黒鉛などの炭素材料などの、アルカリ金属イオンであるリチウムイオンのホスト材として利用できる材料、(2)アルミニウム(Al)、鉛(Pb)、錫(Sn)、ビスマス(Bi)およびシリコン(Si)などの金属やこれらと他元素との合金、鉛(Pb)、錫(Sn)、ビスマス(Bi)およびシリコン(Si)の酸化物、アルカリ金属格子間挿入型の立方晶系の金属間化合物(AlSb、Mg2SiおよびNiSi2)、リチウム窒素化合物(一般式Li(3-X)XN(ここで、Mは遷移金属を示す))、チタンスピネル化合物(Li4Ti512)、リチウムバナジウム酸化物などの、アルカリ金属イオンと合金化できる材料、が好ましい。 The negative electrode active material is not particularly limited. For example, (1) a material that can be used as a host material for lithium ions that are alkali metal ions, such as amorphous carbon materials, carbon materials such as artificial graphite and natural graphite, and the like (2) Metals such as aluminum (Al), lead (Pb), tin (Sn), bismuth (Bi) and silicon (Si), and alloys of these with other elements, lead (Pb), tin (Sn), bismuth (Bi) And silicon (Si) oxides, alkali metal interstitial interstitial intermetallic compounds (AlSb, Mg 2 Si and NiSi 2 ), lithium nitrogen compounds (general formula Li (3-X) M X N ( Here, M represents a transition metal)), a titanium spinel compound (Li 4 Ti 5 O 12 ), a lithium vanadium oxide, or a material that can be alloyed with an alkali metal ion is preferable.

以下、本発明の正極活物質の製造法の実施例について説明する。
《実施例1》
原料として、LiFePO4とLiFを用いた。LiFePO4は公知の技術を用いて製造することができる。ここでは、以下の方法で合成した。
炭酸リチウムとシュウ酸鉄2水和物とリン酸2水素アンモニウムを所定比で混合した後、混合物を300℃で12時間アルゴン気流中で仮焼した。得られた仮焼成物を再度粉砕、混合した後、600℃で24時間アルゴン気流中で本焼成して、粉末を得た。X線回折測定の結果、得られた粉末はオリビン構造のLiFePO4であることを確認した。
Hereinafter, the Example of the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention is described.
Example 1
LiFePO 4 and LiF were used as raw materials. LiFePO 4 can be produced using known techniques. Here, it synthesize | combined with the following method.
Lithium carbonate, iron oxalate dihydrate, and ammonium dihydrogen phosphate were mixed at a predetermined ratio, and the mixture was calcined in an argon stream at 300 ° C. for 12 hours. The obtained calcined product was pulverized and mixed again, and then calcined at 600 ° C. for 24 hours in an argon stream to obtain a powder. As a result of X-ray diffraction measurement, it was confirmed that the obtained powder was LiFePO 4 having an olivine structure.

このLiFePO4粉末とLiF粉末とをモル比1:1でよく混合し、原料混合物とした。この原料混合物をコイルの高周波誘導加熱方式を用いて加熱溶融した。
まず、原料混合物を内径5mmで先端に直径0.3mmの貫通孔を有した白金チューブ内にいれ、このチューブを内径7mmの石英チューブに入れた。この石英チューブを雰囲気中液体急冷装置(株式会社真壁技研製のRQM−T−50)の誘導コイル内にセットした。ついで、誘導コイルに高周波電力を与え、白金チューブを徐々に加熱した。加熱された白金チューブからLiFePO4とLiFの原料混合物に熱が伝わり、加熱される。この原料混合物が溶融するまで電流を上昇させ、加熱した。このときの昇温スピードは10分以内に800℃以上になるようにした。
This LiFePO 4 powder and LiF powder were mixed well at a molar ratio of 1: 1 to obtain a raw material mixture. This raw material mixture was heated and melted using a high-frequency induction heating system for coils.
First, the raw material mixture was placed in a platinum tube having an inner diameter of 5 mm and a through hole having a diameter of 0.3 mm at the tip, and this tube was placed in a quartz tube having an inner diameter of 7 mm. This quartz tube was set in an induction coil of a liquid quenching apparatus (RQM-T-50 manufactured by Makabe Giken Co., Ltd.). Next, high frequency power was applied to the induction coil, and the platinum tube was gradually heated. Heat is transferred from the heated platinum tube to the raw material mixture of LiFePO 4 and LiF and heated. The current was increased and heated until the raw material mixture melted. The temperature rising speed at this time was set to 800 ° C. or more within 10 minutes.

チューブの内部の様子は鏡を通じてモニターできるようになっており、目視で原料混合物が溶融状態であることを確認した後に、アルゴンガスを150kPaの圧力で白金チューブ内に吹き付け、溶融物を白金チューブの小さな穴を通して下に押し出した。白金チューブの下には回転数500rpmで回転している銅製のロールを設け、当該ロール上に溶融物を接触させて冷却し、本発明の材料を含む活物質を得た。   The inside of the tube can be monitored through a mirror, and after visually confirming that the raw material mixture is in a molten state, argon gas is blown into the platinum tube at a pressure of 150 kPa, and the melt is injected into the platinum tube. Extruded down through a small hole. A copper roll rotating at a rotation speed of 500 rpm was provided under the platinum tube, and the melt was brought into contact with the roll and cooled to obtain an active material containing the material of the present invention.

こうして得られた材料の外観を図1に示す。図1は、本発明の活物質の写真であり、図1中のスケールの単位はmmである。冷却された活物質は、図1に示すように、太く薄褐色の薄板状であった。
この活物質をよくすりつぶし、X線回折により構造解析を行った。解析装置としては株式会社リガク製のRINT2500を用いた。測定の結果を図2に示す。図2においては複数の結晶質ピークが認められ、これら複数の結晶質ピークから、LiFePO4とLi2FePO4Fとに帰属されるメインピークが主として存在することが確認された。なお、図2において、縦軸は強度(任意)、横軸は回折角度2θ(°)を示す。
The appearance of the material thus obtained is shown in FIG. FIG. 1 is a photograph of the active material of the present invention, and the unit of the scale in FIG. 1 is mm. As shown in FIG. 1, the cooled active material was a thick, light brown thin plate.
This active material was well ground and subjected to structural analysis by X-ray diffraction. RINT2500 manufactured by Rigaku Corporation was used as the analysis device. The measurement results are shown in FIG. In FIG. 2, a plurality of crystalline peaks were observed, and it was confirmed from these plurality of crystalline peaks that main peaks attributed to LiFePO 4 and Li 2 FePO 4 F were mainly present. In FIG. 2, the vertical axis represents intensity (arbitrary), and the horizontal axis represents diffraction angle 2θ (°).

《実施例2》
銅製のロールの回転数を3000rpmに変えた以外は、実施例1と同様にして本発明の活物質を作製した。回転数を速くすることで溶融物の冷却速度が速くなった。
こうして得られた活物質の外観を図3に示す。図3は、本発明の活物質の写真であり、図3中のスケールの単位はmmである。冷却された活物質は、実施例1の場合と比べて細く針状であった。
Example 2
An active material of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the rotation speed of the copper roll was changed to 3000 rpm. Increasing the rotational speed increased the cooling rate of the melt.
The appearance of the active material thus obtained is shown in FIG. FIG. 3 is a photograph of the active material of the present invention, and the unit of the scale in FIG. 3 is mm. The cooled active material was thinner and needle-like than in the case of Example 1.

この活物質の構造解析を、実施例1と同様にしてX線回折により行った。測定の結果を図4に示す。図4から、複数の結晶質ピークと非晶質(または微結晶体の集まり)と考えられるハローパターンが認められた。ハローパターンの部分がかなり大きいことから、この場合の活物質は結晶化度が低く非晶質状態の部分が多いと考えられる。また、図4からは複数の結晶質ピークが認められ、これら複数の結晶質ピークにはLiFePO4とLi2FePO4Fとに帰属されるメインピークが存在することが確認された。また結晶質ピークには、LiFePO4とLi2FePO4Fとに帰属されるメインピークが主として存在することが確認された。 The structural analysis of this active material was performed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG. From FIG. 4, a plurality of crystalline peaks and a halo pattern considered to be amorphous (or a collection of microcrystals) were recognized. Since the portion of the halo pattern is quite large, the active material in this case is considered to have a low degree of crystallinity and many portions in an amorphous state. Further, from FIG. 4, a plurality of crystalline peaks were observed, and it was confirmed that the main peaks attributed to LiFePO 4 and Li 2 FePO 4 F existed in the plurality of crystalline peaks. Moreover, it was confirmed that the main peak attributed to LiFePO 4 and Li 2 FePO 4 F mainly exists in the crystalline peak.

《実施例3》
原料としてLi2O、FeO、P25およびLiFを用い、これらを1:2:1:2のモル比で十分に混合させて原料混合物を用いた以外は、実施例と同様にして本発明の活物質を作製した。
こうして得られた活物質は図3と同様な形状をしており、X線回折測定を行った結果、図4と同じような複数の結晶質ピークが認められ、これら複数の結晶質ピークからLiFePO4とLi2FePO4Fに帰属されるメインピークが存在することが確認された。
Example 3
This was the same as in the examples except that Li 2 O, FeO, P 2 O 5 and LiF were used as raw materials, and these were mixed sufficiently in a molar ratio of 1: 2: 1: 2 to use the raw material mixture. An active material of the invention was prepared.
The active material thus obtained has the same shape as in FIG. 3, and as a result of X-ray diffraction measurement, a plurality of crystalline peaks similar to those in FIG. 4 are recognized. It was confirmed that a main peak attributed to 4 and Li 2 FePO 4 F was present.

《実施例4》
本実施例においては、実施例1〜3とは異なる装置を用いて原料混合物を溶融した。実施例1と同様の原料混合物を白金ボートにいれ、管状炉の中に入れた。管状炉の両側にはフランジを設けて密閉して管内の雰囲気を制御できるようにした。原料混合物の入った白金チューブをセットしてフランジで密閉した後、一度減圧にした。その後、高純度アルゴンガス(5N)を管内にいれ、大気圧に達した後も連続でアルゴンガスを流し続けた。この状態で、電気炉の温度を上昇させ、1000℃/hの昇温速度で900℃まで上昇させた(即ち、54分間で900℃まで昇温した)。
Example 4
In this example, the raw material mixture was melted using an apparatus different from those in Examples 1 to 3. The same raw material mixture as in Example 1 was placed in a platinum boat and placed in a tubular furnace. Flange was provided on both sides of the tubular furnace so that the atmosphere inside the tube could be controlled. A platinum tube containing the raw material mixture was set and sealed with a flange, and then the pressure was reduced once. Thereafter, high purity argon gas (5N) was introduced into the tube, and the argon gas was continuously flowed after reaching atmospheric pressure. In this state, the temperature of the electric furnace was increased and increased to 900 ° C. at a temperature increase rate of 1000 ° C./h (that is, the temperature was increased to 900 ° C. in 54 minutes).

900℃の状態で3時間保持した後、700℃まで2℃/hの速度で冷却し、500℃まで5℃/hの速度で冷却し、200℃まで10℃/hの速度で冷却し、本発明の活物質を作製した。
この活物質について、実施例1と同様にしてX線回折測定を行った。その結果、図4と同様の複数の結晶質ピークが認められ、これら複数の結晶質ピークからLiFePO4とLi2FePO4Fに帰属されるメインピークが存在することが確認された。
Hold at 900 ° C. for 3 hours, then cool to 700 ° C. at a rate of 2 ° C./h, cool to 500 ° C. at a rate of 5 ° C./h, cool to 200 ° C. at a rate of 10 ° C./h, The active material of the present invention was produced.
This active material was subjected to X-ray diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, a plurality of crystalline peaks similar to those in FIG. 4 were observed, and it was confirmed that a main peak attributed to LiFePO 4 and Li 2 FePO 4 F was present from the plurality of crystalline peaks.

《実施例5》
原料として、LiMnPO4とLiFを用いた。LiMnPO4は公知の技術を用いて製造することができる。ここでは、以下の方法で合成した。
炭酸リチウムと炭酸マンガンとリン酸2水素アンモニウムを所定比で混合した後、混合物を300℃で12時間空気中で仮焼した。得られた仮焼成物を再度粉砕、混合した後、600℃で48時間空気中で本焼成して、粉末を得た。X線回折測定の結果、得られた粉末はオリビン構造のLiMnPO4であることを確認した。
Example 5
LiMnPO 4 and LiF were used as raw materials. LiMnPO 4 can be produced using a known technique. Here, it synthesize | combined with the following method.
Lithium carbonate, manganese carbonate, and ammonium dihydrogen phosphate were mixed at a predetermined ratio, and the mixture was calcined in the air at 300 ° C. for 12 hours. The obtained calcined product was pulverized and mixed again, and then calcined in air at 600 ° C. for 48 hours to obtain a powder. As a result of X-ray diffraction measurement, it was confirmed that the obtained powder was LiMnPO 4 having an olivine structure.

このLiMnPO4粉末とLiF粉末とをモル比1:1でよく混合し、原料混合物とした。この原料混合物を実施例2と同様にしてコイルの高周波誘導加熱方式を用いて加熱溶融および冷却を行い、本発明の活物質を得た。
得られた活物質の外観を調べたところ、実施例2の場合と同様に針状で、透明がかった白色を有していた。
The LiMnPO 4 powder and LiF powder were mixed well at a molar ratio of 1: 1 to obtain a raw material mixture. This raw material mixture was heated and melted and cooled in the same manner as in Example 2 using the high frequency induction heating method of the coil to obtain the active material of the present invention.
When the appearance of the obtained active material was examined, it was needle-like and transparent white as in Example 2.

また、この活物質をよくすりつぶし、実施例1と同様にしてX線回折により構造解析を行った結果を図5に示す。図5においては、ほとんど非晶質(または微結晶体の集まり)に帰属されると考えられるハローパターンのみが認められた。
本実施例においては、冷却方法が実施例1と同じであってもLiMePO4のMeが異なると、得られる活物質の非晶質状態が変化することが確認された。
Further, this active material was ground well, and the result of structural analysis by X-ray diffraction as in Example 1 is shown in FIG. In FIG. 5, only the halo pattern considered to be almost attributed to amorphous (or a collection of microcrystals) was observed.
In this example, even if the cooling method was the same as in Example 1, it was confirmed that the amorphous state of the active material obtained would change if the Me of LiMePO 4 was different.

《実施例6》
原料として、LiCoPO4とLiFを用いた。LiCoPO4は公知の技術を用いて製造することができる。ここでは、以下の方法で合成した。
炭酸リチウムとシュウ酸コバルト2水和物とリン酸2水素アンモニウムを所定比で混合した後、混合物を300℃で12時間空気中で仮焼した。
得られた仮焼成物を再度粉砕、混合した後、600℃で48時間空気中で本焼成して、粉末を得た。X線回折測定の結果、得られた粉末はオリビン構造のLiCoPO4であることを確認した。
Example 6
LiCoPO 4 and LiF were used as raw materials. LiCoPO 4 can be produced using known techniques. Here, it synthesize | combined with the following method.
Lithium carbonate, cobalt oxalate dihydrate, and ammonium dihydrogen phosphate were mixed at a predetermined ratio, and the mixture was calcined in air at 300 ° C. for 12 hours.
The obtained calcined product was pulverized and mixed again, and then calcined in air at 600 ° C. for 48 hours to obtain a powder. As a result of X-ray diffraction measurement, it was confirmed that the obtained powder was LiCoPO 4 having an olivine structure.

つぎに、このLiCoPO4粉末とLiF粉末とをモル比1:1でよく混合し、原料混合物とした。この原料混合物を実施例2と同様にしてコイルの高周波誘導加熱方式を用いて加熱溶融および冷却を行い、本発明の活物質を得た。
得られた活物質の外観を調べたところ、実施例2の場合と同様に針状で、透明がかった青色を有していた。
Next, this LiCoPO 4 powder and LiF powder were mixed well at a molar ratio of 1: 1 to obtain a raw material mixture. This raw material mixture was heated and melted and cooled in the same manner as in Example 2 using the high frequency induction heating method of the coil to obtain the active material of the present invention.
When the appearance of the obtained active material was examined, it was needle-like and had a transparent blue color as in Example 2.

また、この活物質をよくすりつぶし、実施例1と同様にしてX線回折により構造解析を行った結果を図6に示す。図6においては、結晶質と、非晶質(または微結晶体の集まり)と、に帰属されると考えられるハローパターンが認められ、この場合の活物質は結晶化度が低く非晶質状態の部分が多いと考えられる。   Further, this active material was ground well, and the result of structural analysis by X-ray diffraction as in Example 1 is shown in FIG. In FIG. 6, a halo pattern considered to be attributed to crystalline and amorphous (or a collection of microcrystals) is recognized, and the active material in this case has a low crystallinity and an amorphous state. It is thought that there are many parts.

《実施例7》
原料として、LiNiPO4とLiFを用いた。LiNiPO4は公知の技術を用いて製造することができる。ここでは、以下の方法で合成した。
炭酸リチウムと酸化ニッケルとリン酸2水素アンモニウムを所定比で混合した後、混合物を500℃で12時間空気中で仮焼した。
得られた仮焼成物を再度粉砕、混合した後、800℃で48時間空気中で本焼成して、粉末を得た。X線回折測定の結果、得られた粉末はオリビン構造のLiNiPO4であることを確認した。
Example 7
LiNiPO 4 and LiF were used as raw materials. LiNiPO 4 can be produced using known techniques. Here, it synthesize | combined with the following method.
Lithium carbonate, nickel oxide, and ammonium dihydrogen phosphate were mixed at a predetermined ratio, and the mixture was calcined in air at 500 ° C. for 12 hours.
The obtained calcined product was pulverized and mixed again, and then calcined in air at 800 ° C. for 48 hours to obtain a powder. As a result of X-ray diffraction measurement, it was confirmed that the obtained powder was LiNiPO 4 having an olivine structure.

つぎに、このLiNiPO4粉末とLiF粉末とをモル比1:1でよく混合し、原料混合物とした。この原料混合物を実施例2と同様にしてコイルの高周波誘導加熱方式を用いて加熱溶融および冷却を行い、本発明の活物質を得た。
得られた活物質の外観を調べたところ、実施例2の場合と同様に針状で、透明がかった黄色を有していた。
Next, this LiNiPO 4 powder and LiF powder were mixed well at a molar ratio of 1: 1 to obtain a raw material mixture. This raw material mixture was heated and melted and cooled in the same manner as in Example 2 using the high frequency induction heating method of the coil to obtain the active material of the present invention.
When the appearance of the obtained active material was examined, it was needle-like and transparent yellow as in Example 2.

また、この活物質をよくすりつぶし、実施例1と同様にしてX線回折により構造解析を行った結果、実施例5の図5と同様に、ほとんど非晶質(または微結晶体の集まり)に帰属されると考えられるハローパターンのみが認められた。
上記の実施例1〜7から、原料混合物を一度溶融状態にすることで、原料混合物が均一状態になり、副反応が従来方法よりも起こりにくく、速やかにLi2MePO4Fが合成されたと考えられる。このような方法により、Li2MePO4Fを含む活物質のより容易で簡便な合成が可能になることがわかった。
Further, this active material was ground thoroughly, and structural analysis was performed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. As a result, as in FIG. 5 in Example 5, the material was almost amorphous (or a collection of microcrystals). Only halo patterns that were considered to be attributed were observed.
From the above Examples 1 to 7, it is considered that once the raw material mixture was melted, the raw material mixture became homogeneous, side reactions were less likely to occur than in the conventional method, and Li 2 MePO 4 F was quickly synthesized. It is done. It has been found that such a method allows easier and simpler synthesis of an active material containing Li 2 MePO 4 F.

《比較例》
実施例1と同様にして合成したLiFePO4粉末とLiFとモル比1:1でよく混合し、外側が石英チューブで覆われている白金チューブ内にいれた。この石英管の先を封止して真空状態にした。この石英管を電気炉にいれ、200℃/hの速度で700℃まで上昇させ、700℃で24時間保持した。この温度はまだLiFePO4およびLiFの融点には達しておらず、固体の状態であった。その後、冷却することで、粉末状の比較用活物質を得た。
《Comparative example》
LiFePO 4 powder synthesized in the same manner as in Example 1 and LiF were mixed well at a molar ratio of 1: 1, and placed in a platinum tube whose outside was covered with a quartz tube. The tip of this quartz tube was sealed and evacuated. The quartz tube was put in an electric furnace, and the temperature was increased to 700 ° C. at a rate of 200 ° C./h, and the temperature was maintained at 700 ° C. for 24 hours. This temperature has not yet reached the melting points of LiFePO 4 and LiF and was in a solid state. Then, the powdery comparative active material was obtained by cooling.

[評価試験]
つぎに、それぞれ実施例1〜7において作製した本発明の活物質、および比較例で作製した比較用活物質を用いて、非水電解質二次電池(電池1〜7および比較用電池)を作製し、当該電池の評価を行った。
ここでは、図7に示す構造を有するコイン型リチウム二次電池を常法により作製した。図7は、本発明の実施例で作製したコイン型リチウム二次電池の縦断面概略図を示す。図7に示すコイン型リチウム二次電池は、正極ケース1、負極ケース2、ガスケット3、正極板4、負極板5およびセパレータ6を具備する。
[Evaluation test]
Next, non-aqueous electrolyte secondary batteries (batteries 1 to 7 and comparative batteries) were produced using the active materials of the present invention produced in Examples 1 to 7 and comparative active materials produced in comparative examples, respectively. The battery was evaluated.
Here, a coin-type lithium secondary battery having the structure shown in FIG. 7 was produced by a conventional method. FIG. 7 shows a schematic longitudinal sectional view of a coin-type lithium secondary battery produced in an example of the present invention. The coin-type lithium secondary battery shown in FIG. 7 includes a positive electrode case 1, a negative electrode case 2, a gasket 3, a positive electrode plate 4, a negative electrode plate 5, and a separator 6.

正極板4は以下のように作製した。すなわち、上記材料80重量部に、導電剤であるアセチレンブラック15重量部および結着剤であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末5重量部を混合し、めのう乳鉢を用いて乾式でよく混練した。得られた混練物を圧延ローラーによって圧延し、厚さ約0.15mmのシートを得た。このシートを直径10mmに打ち抜き、正極板4とした。
負極板5としては、厚み0.3mmの金属リチウム箔を直径17mmに打ち抜いたものを用いた。
The positive electrode plate 4 was produced as follows. That is, 80 parts by weight of the above material was mixed with 15 parts by weight of acetylene black as a conductive agent and 5 parts by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE) powder as a binder, and well kneaded dry using an agate mortar. The obtained kneaded material was rolled with a rolling roller to obtain a sheet having a thickness of about 0.15 mm. This sheet was punched to a diameter of 10 mm to obtain a positive electrode plate 4.
As the negative electrode plate 5, a metal lithium foil having a thickness of 0.3 mm punched out to a diameter of 17 mm was used.

また、非水電解液には、エチレンカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを体積比1:3の割合で混合して得られた混合非水溶媒に、溶質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.2mol/Lになるように溶解して得られた非水電解質を用いた。
セパレータ6には、ポリエチレン層とポリプロピレン層との二層構造を有するセパレータを用いた。
In addition, in the non-aqueous electrolyte solution, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a solute was mixed with 1 in a mixed non-aqueous solvent obtained by mixing ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 1: 3. A nonaqueous electrolyte obtained by dissolution so as to be 2 mol / L was used.
As the separator 6, a separator having a two-layer structure of a polyethylene layer and a polypropylene layer was used.

このようにして作製した電池1〜7および比較用電池の充放電を、以下のようにして行った。まず、定電流0.157mA(電流密度0.2mA/cm2)で電圧5.2Vに到達するまで充電した。その後、同じ電流で電圧2.5Vに到達するまで放電した。このような充電と放電を1サイクルとして、3回繰り返した。
また、実施例1〜5の材料を用いた電池1〜5については、前記充放電を行った後に、0.157mAの電流で5.2Vまで充電し、放電は、0.785mA(1mA/cm2)の電流で2.5Vまで放電した。
The batteries 1 to 7 thus produced and the comparative battery were charged and discharged as follows. First, the battery was charged at a constant current of 0.157 mA (current density of 0.2 mA / cm 2 ) until the voltage reached 5.2V. Thereafter, the battery was discharged with the same current until the voltage reached 2.5V. Such charge and discharge were repeated three times as one cycle.
Moreover, about the batteries 1-5 using the material of Examples 1-5, after performing the said charging / discharging, it charges to 5.2V with the electric current of 0.157mA, and discharge is 0.785mA (1mA / cm). The battery was discharged to 2.5 V with the current of 2 ).

電池1〜7および比較用電池の、3サイクル目の2.5Vまでの活物質重量あたりの放電容量(mAh/g)を、実施例1における3サイクル目の活物質重量あたりの放電容量(mAh/g)で除したときの割合(%)を表1に示した。   The discharge capacity per unit weight of active material (mAh / g) up to 2.5 V in the third cycle of the batteries 1 to 7 and the comparative battery is the discharge capacity per unit active material weight in the third cycle (mAh) in Example 1. The ratio (%) when divided by / g) is shown in Table 1.

表1に示す結果から、いずれの実施例1−4の製造方法によっても比較例より放電容量は大きくなっていることがわかった。これは、原料混合物を溶融させる工程を経ているために均一な反応が起こっていることが関与すると考えられる。
また、実施例5のようにLi2MnPO4Fを含んだ活物質や、実施例6のようにLi2CoPO4Fを含んだ活物質、実施例7のようにLi2NiPO4Fを含んだ活物質においても、充放電反応が起こっていることを確認した。Li2NiPO4Fは容量が低いが、これは製造方法に起因するものではなく、もともと容量が非常に小さいことから、当該材料そのものの性質に起因する。なお、極板の作製方法などを工夫することで、より放電容量は大きくすることができると考えられる。
From the results shown in Table 1, it was found that the discharge capacity was larger than that of the comparative example by any of the manufacturing methods of Examples 1-4. This is considered to be related to the fact that a uniform reaction occurs because the raw material mixture is melted.
Also, include or active material containing Li 2 MnPO 4 F as in Example 5, an active material containing Li 2 CoPO 4 F as in Example 6, the Li 2 NiPO 4 F as in Example 7 It was confirmed that the charge / discharge reaction occurred in the active material. Li 2 NiPO 4 F has a low capacity, but this is not due to the manufacturing method, but originally due to the nature of the material itself because the capacity is very small. In addition, it is considered that the discharge capacity can be further increased by devising a method for producing the electrode plate.

つぎに、放電電流を0.2mA/cm2で行った場合と1mA/cm2で行った場合の放電容量の比較をした。電池1〜4において、それぞれ1mA/cm2で放電したときの放電容量を0.2mA/cm2で放電したときの放電容量で除し、その値を高率放電特性とした。このときの各電池1〜4の結果を表2に示す。 Next, the discharge capacity was compared when the discharge current was 0.2 mA / cm 2 and when the discharge current was 1 mA / cm 2 . In the batteries 1 to 4, the discharge capacity when discharged at 1 mA / cm 2 was divided by the discharge capacity when discharged at 0.2 mA / cm 2 , and the value was defined as high rate discharge characteristics. Table 2 shows the results of the batteries 1 to 4 at this time.

表2に示す結果から、電池2が高い効率放電特性を示すことがわかった。これは、電池2の場合に非晶質または微結晶の集合体の存在割合が大きく、一次粒子径が非常に細かいために高率放電特性に優れるためであると考えられる。
以上のことから、本発明の製造方法を用いて作製した活物質を用いて電池を作製すると、より高容量または高率放電特性に優れた電池が得られることがわかった。
From the results shown in Table 2, it was found that the battery 2 exhibits high efficiency discharge characteristics. This is presumably because, in the case of the battery 2, the presence ratio of the amorphous or microcrystalline aggregate is large, and the primary particle diameter is very fine, so that the high rate discharge characteristics are excellent.
From the above, it was found that when a battery was produced using an active material produced using the production method of the present invention, a battery having higher capacity or higher rate discharge characteristics was obtained.

なお、上記実施例においてはコイン型電池を用いたが、本発明はこれには限定されない。また、極板群の形状として、正極板と、負極板とが、絶縁層となるセパレータを介して渦巻き状に巻かれた極板群でも、絶縁層となるセパレータを介して、正極板と、負極板とがスタック状に重ね合わせた極板群でも同様の効果を得ることができる。外装体の形状としても、上記実施例のコインケースに限定されず、例えば円筒型、角型およびアルミニウム金属箔をポリオレフィン樹脂でサンドイッチしたラミネートシートを外装体に用いたシート型などの形状においても、同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, a coin-type battery is used, but the present invention is not limited to this. In addition, as a shape of the electrode plate group, the positive electrode plate and the negative electrode plate are also wound in a spiral shape via a separator serving as an insulating layer, and the positive electrode plate via the separator serving as an insulating layer, A similar effect can be obtained with a group of electrode plates in which the negative electrode plate is stacked in a stack. The shape of the exterior body is not limited to the coin case of the above embodiment, for example, in the shape of a cylindrical shape, a square shape and a sheet shape using a laminate sheet sandwiched between aluminum metal foils with a polyolefin resin as the exterior body, Similar effects can be obtained.

本発明によれば、従来よりも量産性に優れ、副反応の起こりにくい製造方法で、Li2MePO4Fを含む材料を合成することができる。また、本発明の製造方法によって得られた材料を活物質として用いて電池を作製した場合、高容量で、高率放電にすぐれた電池が得られる。このような高容量の電池は、例えばノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラなどの電子機器の駆動電源として有用である。なお、本発明の製造方法においてさらに合成条件等を適宜変更することによって、より高容量な電池を実現することが可能である。 According to the present invention, it is possible to synthesize a material containing Li 2 MePO 4 F by a manufacturing method that is superior in mass productivity and less likely to cause side reactions. Further, when a battery is produced using the material obtained by the production method of the present invention as an active material, a battery having a high capacity and excellent in high rate discharge can be obtained. Such a high-capacity battery is useful as a driving power source for electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and digital still cameras. In the production method of the present invention, a battery having a higher capacity can be realized by appropriately changing the synthesis conditions and the like.

実施例1において合成した本発明の活物質の外観を示す写真である。2 is a photograph showing the appearance of the active material of the present invention synthesized in Example 1. FIG. 実施例2において合成した本発明の活物質のXRDチャート図である。3 is an XRD chart of the active material of the present invention synthesized in Example 2. FIG. 実施例3において合成した本発明の活物質の外観を示す写真である。4 is a photograph showing the appearance of the active material of the present invention synthesized in Example 3. FIG. 実施例4において合成した本発明の活物質のXRDチャート図である。6 is an XRD chart of the active material of the present invention synthesized in Example 4. FIG. 実施例5において合成した本発明の活物質のXRDチャート図である。6 is an XRD chart of the active material of the present invention synthesized in Example 5. FIG. 実施例6において合成した本発明の活物質のXRDチャート図である。6 is an XRD chart of the active material of the present invention synthesized in Example 6. FIG. 評価試験において作製したコイン型リチウム二次電池の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the coin-type lithium secondary battery produced in the evaluation test.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・正極ケース
2・・・負極ケース
3・・・ガスケット
4・・・正極板
5・・・負極板
6・・・セパレータ



DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode case 2 ... Negative electrode case 3 ... Gasket 4 ... Positive electrode plate 5 ... Negative electrode plate 6 ... Separator



Claims (1)

式:Li2MePO4F(式中、MeはFe、Co、MnおよびNiからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属元素)で表される材料の原料を混合し、得られた混合物を1000℃/h以上で昇温させることによって溶融することによって、前記式で表される材料を含む非水電解質用活物質を得ること、
を特徴とする非水電解質電池用活物質の製造方法。
A mixture obtained by mixing raw materials of a material represented by the formula: Li 2 MePO 4 F (wherein Me is at least one transition metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Mn and Ni) the by melting by heating at 1000 ° C. / h or more, to obtain an active material for a non-aqueous electrolyte containing a material expressed by the above formula,
A method for producing an active material for a non-aqueous electrolyte battery.
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